EMI 噪声源的分析与优化方法

EMI（电磁干扰）噪声源的分析与优化方法是电力电子系统设计中的重要环节。以下是对EMI噪声源的分析以及优化方法的详细探讨：

一、EMI噪声源分析

EMI噪声主要来源于电力电子系统中的半导体器件在开关过程中产生的高dv/dt节点与高di/dt环路。这些快速的电压和电流变化会激发电磁场，进而产生电磁干扰。EMI噪声可以分为共模噪声和差模噪声两种类型：

1. 共模噪声：共模噪声是待测零部件的LN线和参考地之间的电位差。它通常通过寄生电容和高dV/dt进行传导，沿着任意信号（正或负）到地（GND）的路径传输。

2. 差模噪声：差模噪声是LN线之间的电位差。它通过寄生电感（磁耦合）和高di/dt进行传导。

在开关电源中，如Buck变换器，其EMI噪声源主要为开关节点的电压。该电压波形可以等效为一个梯形波，其幅值、上升时间、下降时间以及开关频率等因素都会影响EMI噪声的频谱特性。

二、EMI优化方法

针对EMI噪声源，可以采取以下优化方法：

1. 对开关波形振荡的优化：

● 在实际电路中，芯片、无源元件以及PCB走线都会带来一些寄生参数，这些寄生参数在开关过程中会造成振荡。为了减小振荡，可以从芯片设计、封装技术以及板级电路设计等方面进行优化。

● 从芯片设计上，可以采用更先进的工艺和封装技术来减小寄生参数。例如，使用倒装封装技术可以大幅减小封装带来的寄生电感。

● 在板级电路设计上，可以通过优化布局、使用缓冲器电路（如RC滤波器）来抑制开关节点的振铃现象。

2. 抖频设计：

● 抖频技术通过在一定范围内调制开关频率，将峰值噪声分布到更宽的频率范围内，从而降低EMI。这种方法在许多开关稳压器中都得到了应用。

3. 滤波与屏蔽：

● 滤波是提取有用信号、抑制无用噪声的技术。在电路中加入适当的滤波器可以有效地降低EMI噪声。

● 屏蔽则是用导电或电磁体的封闭面将其内外两侧空间进行电磁性隔离，以抑制过空间的辐射干扰。屏蔽的设计既可以针对干扰源，也可以针对受扰体。

4. 布局优化：

● 电源布局与组件选择同样重要。布局优化通常是一个迭代过程，经验丰富的设计人员可以减少迭代次数，从而避免延误和额外的设计成本。

5. 使用低噪声组件：

● 选择具有低噪声特性的组件也是降低EMI的有效方法。例如，使用低噪声的稳压器、滤波器等。

6. 减小电流回路面积：

● 高di/dt回路（热回路）中的高di/dt和寄生电感是导致电磁噪声和开关振铃的主要原因。为了减小EMI，应尽量减小电流回路的面积。这可以通过优化PCB布局、使用零阻抗的理想电容等方法来实现。

综上所述，EMI噪声源的分析与优化方法涉及多个方面，包括开关波形振荡的优化、抖频设计、滤波与屏蔽、布局优化以及使用低噪声组件等。在实际设计中，应根据具体的应用场景和需求选择合适的优化方法以降低EMI噪声。

审核编辑 黄宇